本发明专利技术公开了一种碳纳米管编织的石墨烯薄膜及其制备方法和在太阳能电池中的应用，属于纳米材料制备技术领域。该复合薄膜由石墨烯和穿插于其中的网状碳纳米管薄膜组成。其制备方法是首先在生长石墨烯的铜基底上平铺一层网状碳纳米管薄膜，之后在所述铜基底上生长石墨烯，得到碳纳米管编织的石墨烯薄膜。本发明专利技术还提供了所述碳纳米管编织的石墨烯薄膜在太阳能电池中的应用。一方面，经碳纳米管编织后石墨烯更加稳定，可实现石墨烯直接转移，避免了传统石墨烯转移过程中高分子的引入带来的残胶及石墨烯破损；而且碳纳米管编织的石墨烯较单纯石墨烯有更好的导电率，与硅形成的异质结太阳能电池具有更高的转换效率。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种碳纳米管编织的石墨烯薄膜及其制备方法和在太阳能电池中的应用，属于纳米材料制备
。该复合薄膜由石墨烯和穿插于其中的网状碳纳米管薄膜组成。其制备方法是首先在生长石墨烯的铜基底上平铺一层网状碳纳米管薄膜，之后在所述铜基底上生长石墨烯，得到碳纳米管编织的石墨烯薄膜。本专利技术还提供了所述碳纳米管编织的石墨烯薄膜在太阳能电池中的应用。一方面，经碳纳米管编织后石墨烯更加稳定，可实现石墨烯直接转移，避免了传统石墨烯转移过程中高分子的引入带来的残胶及石墨烯破损；而且碳纳米管编织的石墨烯较单纯石墨烯有更好的导电率，与硅形成的异质结太阳能电池具有更高的转换效率。【专利说明】—种碳纳米管编织的石墨烯薄膜、制备方法及光伏应用
本专利技术涉及一种碳纳米管编织的石墨烯薄膜、制备方法及其光伏应用，属于纳米材料制备
。
技术介绍
石墨烯作为一种只有单原子层厚度的二维碳纳米材料，具有极高的载流子迁移率，良好的透光性和导电性，以及高的比表面积，在纳米电子器件、新能源电极材料(锂离子电池、太阳能电池等)及催化等领域具有广泛的应用前景。目前制备石墨烯的方法主要包括液相剥离法、机械剥离法和化学气相沉积法等。其中，以金属基底(铜、镍、钼等)作为催化剂的化学气相沉积法由于其可制备大面积、高质量的石墨烯而广泛用于石墨烯的制备。若实现化学气相沉积的石墨烯应用于纳米电子器件、新能源电极材料等，一个关键的问题是将石墨烯从金属基底上转移至其他基底(Si02/Si，高分子软基底等)。由于石墨烯为单原子层结构，不能自支撑，故人们通常采用在石墨烯上引入一层高分子层(PMMA，热释放胶带等)作为支撑层，而这些支撑层的引入无疑会带来高分子残留，以及在转移到其他基底上之后除掉闻分子的过程中引起的石墨稀破损。无论是残留在石墨稀表面的闻分子，还是石墨烯破损，都会影响石墨烯的性质，进一步降低所制备纳米电子器件或新能源器件的性能。文献(Lin,XY; Liu, P; Wei, Y; Li, QQ; Wang, JP ; Wu, Y; Feng, C; Zhang, LN; FanSS; Jiang KL.Nature Communications, 2013, 4, 2920.)中报道了一种石墨烯-碳纳米管复合薄膜结构，该复合膜中的碳纳米管为两层定向排列的碳纳米管膜交叠而成，石墨烯与碳纳米管亦为层叠而成。该复合膜透光率较低，550nm处的透过率仅为50%。如若为提高透光率采用单层碳纳米管薄膜，由于碳纳米管膜与石墨烯间为层叠接触，作用力较弱，碳纳米管膜不能稳定石墨烯以直接转移形成自支撑复合膜。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术开发了一种制备石墨烯-碳纳米管复合膜的新方法，根据本专利技术方法制备的石墨烯-碳纳米管复合膜的特点是网状碳纳米管薄膜中的碳管穿插于石墨烯中，使得单层碳纳米管薄膜即可支撑石墨烯，保证了所述薄膜的稳定性和高透光率。本专利技术的目的之一在于提供一种碳纳米管编织的石墨烯薄膜，该薄膜含有石墨烯和网状碳纳米管。所述石墨烯采用化学气相沉积法合成，为单层、双层及少量多层结构；所述网状碳纳米管亦采用化学气相沉积法合成，其为单壁、双壁及少量多壁碳纳米管搭接而成，碳纳米管组成的网孔尺寸为20nm~2μπι ;网状碳纳米管穿插于石墨烯之中。本专利技术的目的之二在于提供一种如上所述的碳纳米管编织的石墨烯薄膜的制备方法。本专利技术的目的之三在于提供一种如上所述的碳纳米管编织的石墨烯薄膜的光伏应用。本专利技术的技术方案如下:一种碳纳米管编织的石墨烯薄膜，该薄膜含有石墨烯和网状碳纳米管。所述石墨烯采用化学气相沉积法合成，为单层、双层及少量多层结构；所述网状碳纳米管亦采用化学气相沉积法合成，由单壁、双壁及少量多壁碳纳米管搭接形成薄膜，碳纳米管组成的微孔尺寸为20nm~2μL? ;网状碳纳米管穿插于石墨烯之中。在上述技术方案中，所述网状碳纳米管薄膜的透光率为80%_95%。本专利技术还提供碳纳米管编织的石墨烯薄膜的制备方法，其特征在于该方法按照如下步骤进行:(1)将碳纳米管薄膜转移到铜箔表面；(2)将表面铺有碳纳米管薄膜的铜箔放入管式炉中，低压条件下生长石墨烯，得到基底-碳纳米管编织的石墨烯薄膜复合结构；(3)将铜箔取出，置于铜刻蚀液中除去铜基底，得到悬浮的碳纳米管编织的石墨烯薄膜。在上述技术方案中，所述刻蚀液为0.5-1Μ FeCl3溶液，0.5-1Μ Fe (NO3)3溶液及Marble 试剂。本专利技术还提供所述碳纳米管编织的石墨烯薄膜在太阳能电池中的应用。所述太阳能电池为碳纳米管编织的石墨烯薄膜_n型单晶硅太阳能电池。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果:①由于生长石墨烯时在低压高温下对铜箔退火会使铜部分熔融，导致部分碳纳米管进入近铜箔表面内部，使得碳纳米管薄膜穿插于所生长的石墨烯中，所以，单层网状碳纳米管薄膜就可以支撑石墨烯，得到自支撑薄膜结构。这可在保证薄膜高透光率的前提下直接转移，避免了高分子辅助石墨烯转移带来的高分子残留及石墨烯破损。②本专利技术的碳纳米管编织的石墨烯薄膜兼具碳纳米管优良的导电性及石墨烯与硅形成的大面积稳定接触界面，是一种更优异的太阳能电池电极材料。③利用本专利技术的碳纳米管编织的石墨烯薄膜与η型单晶硅构建太阳能电池，转换效率较石墨烯-硅太阳能电池有明显提高。【专利附图】【附图说明】图1是碳纳米管编织的石墨烯薄膜的结构示意图，其中矩形表示石墨烯层，管状物表示碳纳米管，深色的碳纳米管表示在石墨烯层上方，浅色的碳纳米表示在石墨烯层下方；从图中可以看出，一些碳纳米管的一部分在石墨烯层下方，一部分在石墨烯层之中，其余部分在石墨烯层上方，形成“穿插”结构。图2是实施例1制备的碳纳米管编织的石墨烯薄膜的扫描电子显微镜照片。图3是实施例2制备的碳纳米管编织的石墨烯薄膜的扫描电子显微镜照片。图4是实施例2制备的碳纳米管编织的石墨烯薄膜的拉曼光谱。图5是本专利技术一个实施例制备的碳纳米管编织的石墨烯薄膜-η型单晶硅太阳能电池的光伏曲线。图6是直接转移的层叠结构碳纳米管-石墨烯复合薄膜的扫描电子显微镜照片。【具体实施方式】本专利技术提供的碳纳米管编织的石墨烯薄膜，该薄膜含有石墨烯和网状碳纳米管。所述石墨烯采用化学气相沉积法合成，为单层、双层及少量多层结构；所述网状碳纳米管亦采用化学气相沉积法合成，由单壁、双壁及少量多壁碳纳米管搭接形成薄膜，碳纳米管组成的微孔尺寸为20nm~2μπι;网状碳纳米管穿插于石墨烯之中。所述网状碳纳米管薄膜的透光率为80%-95%。本专利技术使用的“穿插”是指，碳纳米管穿过石墨烯单层，也就是说，当石墨烯单层视为水平时，碳纳米管薄膜中一些(例如不少于碳纳米管总数量的10%，不少于20%，不少于30%,不少于40%或不少于50%)或全部碳纳米管的一部分在石墨烯层下方，一部分在石墨烯层之中(这部分的长度大约等于石墨烯层的厚度)，其余部分在石墨烯层上方。这种结构的示意图可以参见图1，其中矩形表示石墨烯层，管状物表示碳纳米管，深色的碳纳米管表示在石墨烯层上方，浅色的碳纳米表示在石墨烯层下方；从图中可以看出，一些碳纳米管的一部分在石墨烯层下方，一部分在石墨烯层之中(这部分的长度大约等于石墨烯层的厚度)，其余部分在石墨烯层上方，形成“穿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳纳米管编织的石墨烯薄膜，该薄膜由石墨烯和网状碳纳米管薄膜组成，其特征在于，网状碳纳米管薄膜中的碳纳米管穿插于石墨烯中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：方英，李红变，师恩政，曹安源，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11
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